Orientador: Sérgio Kurokawa / Resumo: O objetivo deste projeto é desenvolver um modelo de linha de transmissão que leva em conta as principais características exigidas de um modelo deste componente do sistema elétrico, ou seja, ser desenvolvido diretamente no domínio do tempo, considerar que os parâmetros da linha são distribuídos ao longo de seu comprimento e levar em conta que os parâmetros longitudinais variam em função da frequência. O modelo proposto é baseado no modelo de Bergeron, que é um modelo de linha de transmissão desenvolvido diretamente no domínio do tempo e que leva em conta que os parâmetros de uma linha de transmissão são distribuídos ao longo de seu comprimento. No modelo proposto será levado em consideração que, devido aos efeitos solo e pelicular, os parâmetros longitudinais da linha (resistência longitudinal e indutância longitudinal) são variáveis em relação à frequência. Estes parâmetros serão aproximados por funções racionais e inseridos no modelo de Bergeron. O modelo desenvolvido será utilizado para representar linhas curtas e longas em simulações de transitórios eletromagnéticos resultantes de operações de manobras e de incidências de descargas atmosféricas. Por ser desenvolvido diretamente no domínio do tempo, o modelo proposto pode ser facilmente inserido em aplicativos do tipo ATP (Alternative Transients Program) e será uma ferramenta útil em simulações e análises de transitórios eletromagnéticos em sistemas de energia elétrica. / Abstract: The main objective of our project is to develop a transmission line model that takes into account the main characteristics demanded by a model of this electrical system component, i.e., be developed directly in the time-domain, consider the distributed nature of the line parameters and take into account the frequency dependence of the longitudinal parameters. The proposed model is based on the Bergeron model, which is a transmission line model directly developed in the time domain that takes into account that the transmission line parameters are distributed along its length. In the proposed model it will be taken into account that, due to earth-return effect and skin impedance, the longitudinal parameters (longitudinal resistance and longitudinal inductance) vary in relation to the frequency. These parameters will be approximated by rational functions and will be added to the Bergeron model. The developed model will be used to represent short and long transmission lines in simulations resulting from switching operations and lightning strikes. Because of the model being directly developed in the time-domain, the proposed model can be easily implemented in programs ATP-like (Alternative Transients Program) and will be a useful tool in power system transient analysis. / Doutor

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Professor Doutor António Carlos Sepúlveda Machado e Moura

Orientador: Sérgio Kurokawa / Resumo: Este trabalho apresenta uma proposta de representação de sistemas de aterramento elétrico diretamente no domínio do tempo, tendo como vantagem os benefícios da modelagem realizada no domínio da frequência, com os resultados fornecidos diretamente no domínio do tempo, sem passar por transformadas inversas (Laplace ou Fourier). Os modelos no domínio do tempo são facilmente inseridos nos softwares convencionais de análise transitória, onde as tensões e correntes são melhor compreendidas. A maior contribuição deste trabalho está no desenvolvimento de uma técnica capaz de representar o aterramento com elementos discretos e positivos de circuitos (resistores-R, capacitores-C e indutores-L). Assim, o circuito equivalente representativo do aterramento será sempre um circuito possível de ser implementado fisicamente. Nesta proposta o aterramento é inicialmente modelado no domínio da frequência, sua impedância harmônica é obtida e representada por meio de elementos discretos de circuitos (RLC) associados em série e/ou paralelo. Aterramentos constituídos por um eletrodo horizontal ou uma haste vertical foram representados por meio de aproximação usando o método dos mínimos quadrados (vector fitting), que permite obter a função racional equivalente à admitância do aterramento, a partir da qual são extraídos os ramos de circuitos e consequentemente o circuito equivalente. Apesar de ser possível representar uma infinidade de aterramentos, dependendo do comprimento e diâmetro do eletrodo/ha... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Submitted by CLAUDINER MENDES DE SEIXAS null (claudiner2010@gmail.com) on 2017-10-21T02:06:24Z No. of bitstreams: 1 Tese_Claudiner_seixas_ac_dr_ilha.pdf: 3441885 bytes, checksum: 9e1f3e2ff82a0a8220457c535d4cea55 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-10-26T14:27:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 seixas_cm_dr_ilha.pdf: 3441885 bytes, checksum: 9e1f3e2ff82a0a8220457c535d4cea55 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-26T14:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 seixas_cm_dr_ilha.pdf: 3441885 bytes, checksum: 9e1f3e2ff82a0a8220457c535d4cea55 (MD5) Previous issue date: 2017-08-25 / Este trabalho apresenta uma proposta de representação de sistemas de aterramento elétrico diretamente no domínio do tempo, tendo como vantagem os benefícios da modelagem realizada no domínio da frequência, com os resultados fornecidos diretamente no domínio do tempo, sem passar por transformadas inversas (Laplace ou Fourier). Os modelos no domínio do tempo são facilmente inseridos nos softwares convencionais de análise transitória, onde as tensões e correntes são melhor compreendidas. A maior contribuição deste trabalho está no desenvolvimento de uma técnica capaz de representar o aterramento com elementos discretos e positivos de circuitos (resistores-R, capacitores-C e indutores-L). Assim, o circuito equivalente representativo do aterramento será sempre um circuito possível de ser implementado fisicamente. Nesta proposta o aterramento é inicialmente modelado no domínio da frequência, sua impedância harmônica é obtida e representada por meio de elementos discretos de circuitos (RLC) associados em série e/ou paralelo. Aterramentos constituídos por um eletrodo horizontal ou uma haste vertical foram representados por meio de aproximação usando o método dos mínimos quadrados (vector fitting), que permite obter a função racional equivalente à admitância do aterramento, a partir da qual são extraídos os ramos de circuitos e consequentemente o circuito equivalente. Apesar de ser possível representar uma infinidade de aterramentos, dependendo do comprimento e diâmetro do eletrodo/haste combinado com determinadas resistividade e permissividade elétricas do solo, esse método pode não garantir que todos os elementos RLC sejam positivos. Por isso foi desenvolvido uma nova técnica e testada em aplicações com configurações de aterramento mais complexas (malhas). Essa técnica fornece resultados precisos e garante que todos os elementos RLC serão positivos. Sua validação foi realizada comparando os resultados propostos com os resultados obtidos pelo modelo de linha de transmissão (no caso de eletrodo/haste) e pelo modelo eletromagnético híbrido HEM (no caso das malhas). Essa técnica permite o uso de qualquer modelo capaz de fornecer a impedância harmônica, podendo ser aplicada a configurações genéricas de aterramento, o que a torna muito versátil e atrativa. / This work presents a proposal to represent of electrical grounding systems directly in time domain, taking into account the benefits in frequency domain modelling, without employing inverse Laplace or Fourier transforms. The time domain models are easily inserted in conventional electromagnetic transient software, where voltages and currents are better understood. The main contribution of this work is the development of a technique that can represent grounding by discrete and positive circuits elements (R-resistors, C-capacitors and L-inductors). The representation of the grounding is an electric circuit, possible to be implemented physically. Grounding systems is initially modelled in the frequency domain, where its harmonic impedance is obtained and then represented by elements of circuit (RLC) made in series and/or parallel association. Grounding systems constituted by a horizontal electrode or a vertical rod were represented by means of an approximation using the method of the least squares (vector fitting). It reproduces the rational function equivalent to the admittance of the grounding, which branches of circuits are extracted, forming an equivalent circuit. Although it is possible to represent an infinity of groundings, depending on the length and diameter of the electrode / rod combined with certain electrical resistivity and permittivity of the soil, this technique may not guarantee that all RLC elements are positive. However, a new technique was developed and tested in more complex grounding systems (grids). This technique provides accurate results and ensures that all RLC elements will be positive. Its validation was performed comparing the proposed results with the results obtained by the TLM (Transmission Line Model) employed for the horizontal electrodes and vertical rods and by the HEM (Hybrid Electromagnetic Model) employed for grounding grids. This technique allows the use of any model capable of providing harmonic impedance, and can be applied to generic ground configurations, making it very attractive to electromagnetics transient analyses.